第一章

模拟输入类型

这一章将讲解如何建立模拟输入连接从而使你的板卡获得最佳的性能。

在进入实际连接操作之前, 你应该对单端/差分输入方式以及系统接地/隔离概念有一个基本的了解。如果你对这些概念已经相当熟悉，那你可以直接跳转进入第三章：接线设置的学习。

一个典型DAQ设备提供8个差分输入通道或16个单端输入通道，单端以及差分输入的原理我们将在下面的章节进行讲解。

单端输入方式

表1. 单端输入方式

单端输入检测输入信号和地端之间的电压。在单端模式下，设备检测输入通道和低电接地端之间的电压。单端输入模式对每个输入信号仅仅需要一个物理连接（接线），同时使设备在使用同一个连接板和板载多路复用器的情况下实现比两线差分设置更多的通道采集。

为清晰起见，输入多路复用器在下面的图标中不作标示。

由于板卡测量的电压是相对与它自身LLGND端的输入电压，因此单端输入对于电磁干扰和信号源端的接地噪声更为敏感。表２就显示了拥有一个共用模式电压的输入。

表2. 单端输入伴随共有电压

差分输入方式

差分输入方式测量两个不同输入信号之间的电压差。在某一特定的范围——称之为共模范围内，测量结果基本独立于信号源相较于接地信号的变化。

与单端输入相比较，差分输入对于电磁干扰的免疫作用更强。绝大多数情况下，在信号一端引入的电磁干扰噪声同样也会引入至另一端，通过检测两个输入端口之间的差别量，同时引入的干扰噪声被忽略了。这也是为什么我们采用双线制的原因，因为双线制保证了信号基本受到同样的影响。图3显示了基本差分输入的配置。

表3. 差分输入概念

在解释接地和隔离之前，有必要解释一下共模电压和共模范围的概念。共模电压在图4中表示为Vcm。

尽管差分输入测量的是两个电压之间的电压差（和哪个电压相对于地无关），信号的电压还是有限值的。虽然板卡测量的是两个输入信号之间的电势差，由于必须满足±10 V的共模电压限制，设备是无法采集13V和14V之间的差分电压的，虽然这个电压只有1V。共模端电压范围如图5所示。尽管在差分模式下，输入信号和板卡接地端（LLGND）的电压也不应该超过10V（共模电压范围）。

表4. 差分输入定义

图5. 共模端电压范围

第二章

系统地端和隔离

一共有三种方式将一个信号源连接至DAQ设备：

设备的输入和信号源有同样一个接地端。那这个信号源就可以直接被连接至设备。

设备的输入和信号源在他们的地端之间具有一个偏置电压。这个偏置电压就是共模电压。根据电压的大小不同，你可能能够直接将设备连接至信号源。我们将在稍后的章节中讨论。

设备和信号源具有隔离地。你能够将信号源直接连接至设备。

地端类型的判定

如果可能，使用一个电池驱动的万用表去测量信号源地和PC地之间的AC和DC电压。如果你没有一个电池驱动的万用表，那么请跳过这个测试并且阅读“具有小量共模电压的系统”。你同样能够通过提供的描述来确认你的系统类型。 

如果AC和DC的测量结果都是0.000V，你的系统可能使用共地信号。然而，由于万用表可能会对高频信号进行平均处理，因此无法保证结论完全的正确性。请参考“公共地信号系统”部分。

如果你测量到正常稳定的AC或DC电压，该偏执电压即为共模电压。请参考“带有共模电压（接地偏置）信号系统”部分请先认真阅读以下的提示信息，随后进入到描述共模系统进行深入学习。

注意！对于大多数的Measurement Computing Corporation（MCC）数据采集设备，如果上述测量到的AC或DC电压查过10V，请不要讲信号源直接链接到采集设备，这是由于该共模电压已经超过了设备允许的范围。通过调整接地方式或者使用信号调理（隔离）来进行测量。

对于超过30V的偏置电压，可能会对采集设备和计算机造成损坏，并且可能对操作者本人造成危险。这种情况下，请考虑降低共模电压差或者安装隔离装置。

如果你在地之间不能测量到一个合理稳定的DC电压值，或者存在相当的电压漂移。两个地之间可能已经做了隔离。最简单的判断是否隔离的方法是将你的万用表设置到电阻测量模式（使用欧姆作为量程）来测量两个地之间的电阻值。在测量电阻之前，请将系统关闭，如果测量到的阻值大于100 kΩ，系统可能已经做了供电接地隔离。

公共地信号系统

按理，信号源和设备地端应该是相同的。特别是如果从设备直接对你的信号源提供电压或者激励的情况下更是如此。假设你的系统存在公共地端，任何设备地和信号地之间的潜在偏差电压都将会成为一个潜在的错误电压。

如果你的信号源或传感器没有直接连到你设备上的LLGND针脚的话，即使你使用万用表测量两者之间的电势差为0.0V，也需要将系统视为非共地信号系统来进行处理。尤其当你使用高增益输入的时候，即使接地电位在毫伏级别的范围内也足以造成A/D转换误差，而往往这种毫伏级别的电压未必能够被你的手持万用表检测到。

带有共模电压（接地偏置）信号系统

更多的情况是用户不清楚是如何接地的，并且信号源地和设备地之间存在偏执电压。这些偏置电压可能是交流，直流或者混合这两种情况。偏执电压的产生有很多原因，例如电磁传导干扰或地线和连接器之间的阻抗造成的电势差。接地电势差是一种通俗的说法，实际上更专业的叫法是共模电压。

小共模电压情况

如果信号源地端和设备地端的电势差比较小，这个电势差加上输入信号之后并没有超过允许的±10 V的共模输入范围。特别是当你将地端的电压加上最大输入电压后小于±10 V。这种输入范围是被数据采集可允许的，你可以连接直接将这些信号通过差分输入的形式送入数据采集系统而无需额外的信号调理。辛运的是，绝大多数的系统都是运行在这种情况下。

大共模电压情况

如果信号源地端和设备地端的电势差比较大，这个电势差加上输入信号之后已经超过允许的±10 V的共模输入范围。在这种情况下，请不要将设备直接链接信号源。改变你的信号接地方式或者增加信号调理系统。更多信息，请考虑使用我们的ISO-RACK和ISO 5B系列产品来增加隔离，也欢迎联系我们的技术支持工程师获取更进一步的帮助。

注意！避免使用交流电源插座的地端来进行信号接地操作。不同的电源插座可能会有不同的潜在电势差。房间各个地方的120V电源插座的接地端可能只是链接到了保险丝。这使得接地端可能存在明显的电势差——尤其是2个120V电源插座在三项交流的不同相线上。

设备或者信号源已经有隔离地端

一些信号源已经从设备中进行了电气隔离。图六显示了一个典型的隔离地的系统。这些信号源通常是电池驱动的或者是复用设备。隔离地系统提供非常好的性能表现但是需要特别关注以获得最佳的性能表现。详细细节请参考第三章接线设置。